DE102013205102A1 - Detecting the state of an accumulator module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System (1) zum Erfassen der Zustände von elektrischen Verbindungen (2) zwischen in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen (Zi) eines Akkumulatormoduls und einer die von den einzelnen Akkumulatorzellen (Zi) jeweilig erzeugten elektrischen Spannungen (UZi) über mit den elektrischen Verbindungen (2) verbundene Messeingänge erfassenden elektronischen Einrichtung (3), wobei unmittelbar benachbart zueinander angeordnete Akkumulatorzellen (Zi) jeweils über eine gemeinsame elektrische Verbindung (2) mit der elektronischen Einrichtung (3) verbunden sind, wobei die elektronische Einrichtung (3) zur elektrischen Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Schaltelementen (Si) eingerichtet ist, wobei jeder Akkumulatorzelle (Zi) eines der Schaltelemente (Si) derart zugeordnet ist, dass die jeweilige Akkumulatorzelle (Zi) mittels des ihr zugeordneten Schaltelementes (Si) in dessen geschlossenem Zustand um ein gewünschtes Maß entladen werden kann, wobei in jeder elektrischen Verbindung (2) wenigstens ein elektrischer Widerstand (Rj, Rk) angeordnet ist. Um die Überprüfung von Zuständen von elektrischen Verbindungen (2) zwischen Akkumulatorzellen (Zi) eines Akkumulatormoduls und einer die von den einzelnen Akkumulatorzellen (Zi) jeweilig erzeugten elektrischen Spannungen (UZi) über mit den elektrischen Verbindungen (2) verbundene Messeingänge erfassenden elektronischen Einrichtung (3) zu ermöglichen, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass die elektronische Einrichtung (3) eingerichtet ist, einzelne Schaltelemente (Si) für ein Zeitintervall vorgebbarer Länge zu schließen, die vor dem Schließen des jeweiligen Schaltelementes (Si) an dem einer unmittelbar benachbart zu der diesem Schaltelement (Si) zugeordneten Akkumulatorzelle (Zi) angeordneten Akkumulatorzelle (Zi) zugeordneten Messeingang anliegende elektrische Spannung mit der in dem Zeitintervall an diesem Messeingang anliegenden elektrischen Spannung zu vergleichen, und ein Fehlersignal zu erzeugen und auszugeben, wenn bei dem Spannungsvergleich keine ein vorgebbares maximales Ausmaß überschreitende Abweichung der elektrischen Spannungen voneinander vorliegt.The invention relates to a system (1) for detecting the states of electrical connections (2) between battery cells (Zi) of a battery module connected in series and one of the electrical voltages (UZi) generated by the individual battery cells (Zi) via the electrical connections (2) connected measuring inputs detecting electronic device (3), wherein directly adjacent battery cells (Zi) are each connected to the electronic device (3) via a common electrical connection (2), the electronic device (3) for electrical control of electrically actuated switching elements (Si), each accumulator cell (Zi) being assigned one of the switching elements (Si) in such a way that the respective accumulator cell (Zi) is discharged to a desired extent by the associated switching element (Si) in its closed state can be electrical in each en connection (2) at least one electrical resistor (Rj, Rk) is arranged. In order to check the status of electrical connections (2) between battery cells (Zi) of an accumulator module and one of the electrical voltages (UZi) generated by the individual battery cells (Zi) via electronic inputs (3) connected to the electrical connections (2) ), it is proposed with the invention that the electronic device (3) is set up to close individual switching elements (Si) for a time interval of a predeterminable length, which before the closing of the respective switching element (Si) on the one immediately adjacent to the this switching element (Si) associated accumulator cell (Zi) arranged accumulator cell (Zi) associated measuring input to compare the applied electrical voltage with the electrical voltage present in the time interval at this measuring input, and to generate and output an error signal if no a specifiable m there is a deviation of the electrical voltages from one another that exceeds the axial extent.
Description
Stand der TechnikState of the art
In elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, insbesondere Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen, werden Akkumulatorsysteme mit mehreren miteinander verschalteten Akkumulatormodulen eingesetzt, wobei die Akkumulatormodule mehrere in Reihe geschaltete Akkumulatorzellen aufweisen, um elektrische Antriebseinrichtungen der Kraftfahrzeuge mit den benötigten großen elektrischen Energiemengen versorgen zu können. Ein entsprechendes Akkumulatormodul kann beispielsweise sechs bis zwölf Akkumulatorzellen aufweisen.In electrically driven motor vehicles, in particular electric vehicles and hybrid vehicles, accumulator systems are used with a plurality of mutually interconnected accumulator modules, the accumulator modules having a plurality of series-connected accumulator cells to provide electrical drive means of motor vehicles with the required large amounts of electrical energy. A corresponding accumulator module may, for example, have six to twelve accumulator cells.
Für die Steuerung des elektrischen Antriebs von solchen Kraftfahrzeugen ist es erforderlich, den Zustand der Akkumulatormodule zu überwachen. Insbesondere muss die von den einzelnen Akkumulatorzellen erzeugte elektrische Spannung erfasst werden, um Informationen über den Zustand der Akumulatorzellen und damit von entsprechend ausgestatteten Akkumulatormodulen zu erhalten.For controlling the electric drive of such automobiles, it is necessary to monitor the state of the battery modules. In particular, the electrical voltage generated by the individual accumulator cells must be detected in order to obtain information about the state of the accumulator cells and thus of appropriately equipped accumulator modules.
Zur Überwachung der von einzelnen Akkumulatorzellen eines Akkumulatormoduls erzeugten elektrischen Spannungen weist ein Akkumulatormodul in der Regel eine spezielle integrierte Schaltung auf, die über elektrische Verbindungen, insbesondere in Form von elektrischen Verbindungsleitungen, die von den einzelnen Akkumulatorzellen erzeugten elektrischen Spannungen erfasst. Häufig weisen solche integrierte Schaltungen elektrisch ansteuerbare Schaltelemente auf, über die einzelne Akkumulatorzellen zum Ladungsausgleich zwischen den Akkumulatorzellen entladen werden können. Diese Schaltelemente sind hierzu üblicherweise parallel zu den Akkumulatorzellen geschaltet.For monitoring the electrical voltages generated by individual battery cells of an accumulator module, an accumulator module generally has a special integrated circuit which detects the electrical voltages generated by the individual accumulator cells via electrical connections, in particular in the form of electrical connecting lines. Frequently, such integrated circuits have electrically controllable switching elements, via which individual battery cells can be discharged for charge equalization between the battery cells. These switching elements are usually connected in parallel to the accumulator cells.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es, die Überprüfung von Zuständen von elektrischen Verbindungen zwischen Akkumulatorzellen eines Akkumulatormoduls und einer die von den einzelnen Akkumulatorzellen jeweilig erzeugten elektrischen Spannungen über die elektrischen Verbindungen erfassenden elektronischen Einrichtung zu ermöglichen.The object of the invention is to enable the checking of states of electrical connections between battery cells of an accumulator module and an electronic device which detects the respective electrical voltages generated by the individual accumulator cells via the electrical connections.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils für sich genommen oder in Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.The solution of this object is achieved according to the invention by a system having the features of
Mit Patentanspruch 1 wird ein System zum Erfassen der Zustände von elektrischen Verbindungen zwischen in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen eines Akkumulatormoduls und einer die von den einzelnen Akkumulatorzellen jeweilig erzeugten elektrischen Spannungen über mit den elektrischen Verbindungen verbundene Messeingänge erfassenden elektronischen Einrichtung vorgeschlagen, wobei unmittelbar benachbart zueinander angeordnete Akkumulatorzellen jeweils über eine gemeinsame elektrische Verbindung mit der elektronischen Einrichtung verbunden sind, wobei die elektronische Einrichtung zur elektrischen Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Schaltelementen eingerichtet ist, wobei jeder Akkumulatorzelle eines der Schaltelemente derart zugeordnet ist, dass die jeweilige Akkumulatorzelle mittels des ihr zugeordneten Schaltelementes in dessen geschlossenem Zustand um ein gewünschtes Maß entladen werden kann, wobei in jeder elektrischen Verbindung wenigstens ein elektrischer Widerstand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Einrichtung eingerichtet ist, einzelne Schaltelemente für ein Zeitintervall vorgebbarer Länge zu schließen, die vor dem Schließen des jeweiligen Schaltelementes an dem einer unmittelbar benachbart zu der diesem Schaltelement zugeordneten Akkumulatorzelle angeordneten Akkumulatorzelle zugeordneten Messeingang anliegende elektrische Spannung mit der in dem Zeitintervall an diesem Messeingang anliegenden elektrischen Spannung zu vergleichen, und ein Fehlersignal zu erzeugen und auszugeben, wenn bei dem Spannungsvergleich keine eine vorgebbare Mindestabweichung überschreitende Abweichung der miteinander verglichenen elektrischen Spannungen voneinander vorliegt.
Die elektrischen Verbindungen können beispielsweise als Kabelverbindungen ausgebildet sein. Als zu erfassende mögliche Zustände der elektrischen Verbindungen kommt eine intakte Verbindung oder eine unterbrochene Verbindung in Frage. Letzteres kann durch eine Unterbrechung innerhalb einer Verbindungsleitung oder durch Lösen einer Verbindung zwischen einer solchen Verbindungsleitung und einer Akkumulatorzelle und/oder der elektronischen Einrichtung gegeben sein. Dadurch, dass unmittelbar benachbart zueinander angeordnete Akkumulatorzellen über eine gemeinsame elektrische Verbindung mit der elektronischen Einrichtung verbunden sind, lässt sich der gesamte Verkabelungsaufwand minimieren.The electrical connections may be formed, for example, as cable connections. As to be detected possible states of the electrical connections is an intact connection or a broken connection in question. The latter can be given by an interruption within a connecting line or by releasing a connection between such a connecting line and an accumulator cell and / or the electronic device. Characterized in that immediately adjacent to each other arranged accumulator cells are connected via a common electrical connection to the electronic device, the total cabling effort can be minimized.
Die elektronische Einrichtung kann Bestandteil eines Akkumulatormoduls oder separat angeordnet sein. Insbesondere kann es sich bei der elektronischen Einrichtung um eine integrierte Schaltung handeln.The electronic device may be part of an accumulator module or arranged separately. In particular, the electronic device may be an integrated circuit.
Die elektrisch betätigbaren Schaltelemente können elektronische Schalter, wie beispielsweise Transistoren, oder elektro-mechanische Schalter, wie beispielsweise Relais, sein. The electrically operable switching elements may be electronic switches, such as transistors, or electro-mechanical switches, such as relays.
Mittels des Systems nach Patentanspruch 1 ist ein Ladungsausgleich zwischen Akkumulatorzellen eines Akkumulatormoduls insbesondere dadurch möglich, da jeder Akkumulatorzelle eines der Schaltelemente derart zugeordnet ist, dass die jeweilige Akkumulatorzelle mittels des ihr zugeordneten Schaltelementes in dessen geschlossenem Zustand um ein gewünschtes Maß entladen werden kann.By means of the system according to
Die Länge des Zeitintervalls, in dem wenigstens eines der Schaltelemente mittels der elektronischen Einrichtung geschlossen gehalten wird, kann an die jeweiligen technischen Gegebenheiten und Anforderungen angepasst werden.The length of the time interval in which at least one of the switching elements is kept closed by means of the electronic device can be adapted to the respective technical conditions and requirements.
Entspricht die erfasste Abweichung zwischen den miteinander verglichenen elektrischen Spannungen der vorgebbaren Mindestabweichung oder unterschreitet diese Abweichung die vorgebbare Mindestabweichung erzeugt die elektronische Einrichtung ein Fehlersignal und gibt dieses aus. Die vorgebbare Mindestabweichung kann in ihrer Größenordnung an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Auch ist es möglich, dass die vorgebbare Mindestabweichung den Wert Null hat. Durch die jeweilige Wahl eines Wertes größer Null für die Mindestabweichung kann die Empfindlichkeit des Systems variiert werden.Corresponds to the detected deviation between the compared electrical voltages of the predetermined minimum deviation or falls below this deviation the predetermined minimum deviation, the electronic device generates an error signal and outputs this. The predefinable minimum deviation can be adapted in size to the particular application. It is also possible that the predeterminable minimum deviation has the value zero. By choosing a value greater than zero for the minimum deviation, the sensitivity of the system can be varied.
Das von der elektronischen Einrichtung erzeugbare und ausgebbare Fehlersignal kann ein elektrisches Signal sein, welches vom Akkumulatorkontrollsystem weiterverarbeitet wird und beispielsweise an die elektronische Fahrzeugsteuerung weitergegeben wird. Von der Fahrzeugsteuerung kann das Vorliegen eines entsprechenden Fehlersignals beispielsweise optisch und/oder akustisch erfassbar gemacht werden.The error signal which can be generated and output by the electronic device can be an electrical signal which is further processed by the accumulator control system and, for example, forwarded to the electronic vehicle control system. The vehicle control can make the presence of a corresponding error signal, for example visually and / or acoustically detectable.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Schaltelemente Bauteile der elektronischen Einrichtung und parallel zu den Akkumulatorzellen geschaltet. Hierdurch lässt sich das System nach Patentanspruch 1 unter Verwendung von ohnehin vorhandenen, herkömmlichen elektronischen Einrichtungen verwirklichen, was mit einer kostengünstigen Ausgestaltung des Systems einhergeht.According to an advantageous embodiment of the invention, the switching elements are components of the electronic device and connected in parallel to the battery cells. As a result, the system can be realized according to claim 1 using already existing conventional electronic devices, which is associated with a cost-effective design of the system.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schaltelemente separat von der elektronischen Einrichtung ausgebildet. Dies kann beispielsweise durch eine Nachrüstung eines bereits vorhandenen herkömmlichen Systems realisiert werden.According to a further advantageous embodiment, the switching elements are formed separately from the electronic device. This can be realized for example by retrofitting an existing conventional system.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass bei separat von der elektronischen Einrichtung ausgebildeten Schaltelementen jedem Schaltelement der in der jeweiligen elektrischen Verbindung angeordnete elektrische Widerstand und ein nicht in dieser elektrischen Verbindung angeordneter elektrischer Widerstand in Reihe vorgeschaltet sind, wobei die beiden elektrischen Widerstände derart aufeinander abgestimmt sind, dass die an dem in der elektrischen Verbindung angeordneten elektrischen Widerstand abfallende elektrische Spannung auf eine vorgebbare maximale Grenzspannung beschränkt ist, welche derart gewählt ist, dass die sich die aus der Addition der von der zu der dem jeweiligen Schaltelement zugeordneten Akkumulatorzelle unmittelbar benachbart angeordneten Akkumulatorzelle erzeugte elektrische Spannung mit der an dem in der elektrischen Verbindung angeordneten elektrischen Widerstand abfallenden elektrischen Spannung ergebende Gesamtspannung nicht die maximal zulässige Eingangsspannung an dem dieser benachbarten Akkumulatorzelle zugeordneten Messeingang der elektronischen Einrichtung überschreitet.A further advantageous embodiment provides that, in switching elements formed separately from the electronic device, each switching element of the electrical resistor arranged in the respective electrical connection and an electrical resistor not arranged in this electrical connection are connected in series, with the two electrical resistors being matched to one another in that the electrical voltage dropping across the electrical resistor arranged in the electrical connection is restricted to a predefinable maximum limit voltage which is selected such that the battery cell arranged from the addition of the battery cell directly adjacent to the respective switching element generated electrical voltage with the voltage dropping at the arranged in the electrical connection electrical resistance voltage resulting total voltage not the maximum allowable egg ngangsspannung on the adjacent this accumulator cell associated measuring input of the electronic device.
Mit Patentanspruch 5 wird ein Verfahren zum Erfassen der Zustände von elektrischen Verbindungen zwischen in Reihe geschalteten Akkumulatorzellen eines Akkumulatormoduls und einer die von den einzelnen Akkumulatorzellen jeweilig erzeugten elektrischen Spannungen über mit den elektrischen Verbindungen verbundene Messeingänge erfassenden elektronischen Einrichtung vorgeschlagen, wobei unmittelbar benachbart zueinander angeordnete Akkumulatorzellen jeweils über eine gemeinsame elektrische Verbindung mit der elektronischen Einrichtung verbunden sind, wobei die elektronische Einrichtung zur elektrischen Ansteuerung von elektrisch betätigbaren Schaltelementen eingerichtet ist, wobei jeder Akkumulatorzelle eines der Schaltelemente derart zugeordnet ist, dass die jeweilige Akkumulatorzelle mittels des ihr zugeordneten Schaltelementes in dessen geschlossenem Zustand um ein gewünschtes Maß entladen werden kann, wobei in jeder elektrischen Verbindung wenigstens ein elektrischer Widerstand angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der elektronischen Einrichtung einzelne Schaltelemente für ein Zeitintervall vorgebbarer Länge geschlossen werden, dass mittels der elektronischen Einrichtung die vor dem Schließen des jeweiligen Schaltelementes an dem einer unmittelbar benachbart zu der diesem Schaltelement zugeordneten Akkumulatorzelle angeordneten Akkumulatorzelle zugeordneten Messeingang anliegende elektrische Spannung mit der in dem Zeitintervall an diesem Messeingang anliegenden elektrischen Spannung verglichen wird, und dass die elektronische Einrichtung ein Fehlersignal erzeugt und ausgibt, wenn bei dem Spannungsvergleich keine eine vorgebbare Mindestabweichung überschreitende Abweichung der miteinander verglichenen elektrischen Spannungen voneinander vorliegt.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigenIn the following, the invention will be explained by way of example with reference to the attached figures with reference to preferred exemplary embodiments, wherein the features illustrated below may represent an aspect of the invention both individually and in combination with each other. Show it
Die elektronische Einrichtung
In dem in
Betragen beispielsweise die von den einzelnen Akkumulatorzellen Zi erzeugten elektrischen Spannungen 4V, die maximal zulässigen Eingangsspannungen an den Messeingängen der elektronischen Einrichtung
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